Quando guardi alla crescita dei lanci spaziali nell'ultimo decennio, è sorprendente vedere quanto velocemente l'umanità ha aumentato il numero di carichi utili consegnati in orbita.
Sfruttando le tecnologie di produzione più recenti e avanzate, le startup spaziali hanno reso molto più conveniente consegnare carichi utili nello spazio con veicoli di lancio nuovi, migliorati e ottimizzati.
Questi veicoli di lancio stanno consegnando carichi utili nello spazio per molto meno dei razzi che abbiamo visto negli anni '70 e '80. Per molti moderni motori a razzo, il costo per portare un chilo in orbita è diminuito fino al 90%. Molti di questi miglioramenti dei costi sono stati resi possibili da nuove tecniche di produzione. Altri sono resi possibili attraverso nuovi design. I migliori sistemi di lancio orbitale utilizzano entrambi.
Ciò che molti potrebbero non rendersi conto, tuttavia, è che la stampa 3D sta svolgendo un ruolo fondamentale nella produzione di motori a razzo di nuova generazione. Queste non sono stampanti 3D in plastica orientate al consumatore che molti conoscono. Invece, alcuni dei razzi più all'avanguardia di oggi presentano geometrie complesse che forniscono una reale ottimizzazione delle prestazioni e sono realizzati con straordinarie leghe metalliche stampate in 3D sviluppate principalmente per applicazioni spaziali.
Quasi ogni nuova compagnia spaziale utilizza la stampa 3D per produrre componenti mission-critical. Alcune delle applicazioni includono turbopompe, iniettori di carburante, scambiatori di calore e camere di spinta e ugelli raffreddati in modo rigenerativo. Anche le organizzazioni spaziali tradizionali, come la NASA, stanno esplorando la stampa 3D per guidare l'innovazione.
È sicuro dire che la stampa 3D sta giocando un ruolo fondamentale nel desiderio dell'umanità di esplorare lo spazio, colonizzare Marte e diventare una specie multi-planetaria.
Ciò che la stampa 3D in metallo consente agli ingegneri aerospaziali è la capacità di produrre parti senza comprometterne il design per motivi di producibilità. Spesso, gli ingegneri sono tenuti a modificare i loro progetti più ottimizzati per le prestazioni perché sono semplicemente troppo complessi o costosi per essere prodotti in modo affidabile con le tecniche di produzione convenzionali.
Con la stampa 3D in metallo, gli ingegneri sono liberi da questi vincoli.
Tuttavia, questa tecnologia non viene utilizzata solo per produrre motori, ma anche per creare componenti per veicoli spaziali e satelliti.
Launcher, una startup spaziale con sede a Hawthorne, in California, è un ottimo esempio di azienda che utilizza la stampa 3D sia per i motori a razzo che per i veicoli spaziali.
All'inizio di questo mese, la società ha lanciato con successo il suo veicolo di trasferimento satellitare Orbiter a bordo della missione Transporter-6 di SpaceX.
Il veicolo è stato sviluppato per posizionare con precisione i satelliti in orbita al prezzo più basso. In precedenza, l'esecuzione di questa attività richiedeva un lancio dedicato che può costare fino a 10 volte di più rispetto a un lancio in rideshare.
Orbiter ha utilizzato un vasto numero di parti stampate in 3D aluminum F357, titanium 6AI-4Ve Inconel 718 (una superlega a base di nichel in grado di operare a temperature molto elevate). Le parti stampate in 3D sono state scelte per la capacità della stampa 3D di migliorare le prestazioni o ridurre i tempi di consegna delle parti. Queste parti possono essere viste in questo grafico.
- Carri armati (Titanium 6AI-4V): Serbatoi multiuso che vengono utilizzati come strutture primarie e secondarie nonché serbatoi propellente, stampati in un unico pezzo senza supporti interni.
- Staffa propulsore (Aluminum F357): Contiene il gruppo del collettore del propulsore.
- Collettore propulsore (Aluminum F357): viene utilizzato per il controllo dell'assetto e il mantenimento della stazione,
alimentando il motore dell'Orbiter. - Iniettori motore Orbiter (Inconel® 718): Mescola il propellente da bruciare nel motore
Camera di combustione. - Camere del motore orbitante (Inconel® 718): motore principale utilizzato per i cambi di posizione dell'orbita
Oriber per posizionare correttamente i carichi utili in orbite specifiche. - Struttura di spinta (Titanium 6AI-4V): Supporta il motore Orbiter e il gruppo cardanico.
- Alloggiamenti a molla (Titanium 6AI-4V): Tenere molle per il sistema di separazione che
collega Orbiter al veicolo di lancio. - Star Camera Deflettore (Aluminum F357): Utilizzato per una navigazione precisa per mantenere Orbiter acceso-
orbita.
Attraverso la stampa 3D, Launcher è stato in grado di iterare rapidamente e ridurre drasticamente i tempi di sviluppo di questo veicolo di trasferimento satellitare. Questo tipo di iterazione rapida è uno dei maggiori vantaggi dell'utilizzo della stampa 3D per sviluppare applicazioni per lo spazio.
Anziché sviluppare nuovi strumenti per le parti modificate, è sufficiente modificare il file di progettazione e stampare una nuova versione. Dopo che i progetti sono stati finalizzati, la stampa 3D in metallo consente all'azienda di aumentare rapidamente anche la produzione.
Nel prossimo decennio, la stampa 3D in metallo sarà uno dei maggiori motori dell'innovazione nello spazio. Launcher è un ottimo esempio di come la tecnologia stia aiutando le aziende ad avere un grande impatto sulla società, e questo non si ferma a Orbiter. Launcher sta inoltre utilizzando le soluzioni di stampa 3D in metallo di Velo3D per produrre componenti critici per il suo motore a razzo E2, che è un motore a ciclo chiuso a combustione a fasi che alimenta il primo stadio del suo veicolo di lancio leggero.
Questo motore ad alta efficienza consente a un piccolo razzo a basso costo di trasportare una quantità relativamente grande di carico utile.
Quando l'umanità alla fine raggiungerà Marte, sarà stato reso possibile grazie alle parti stampate in 3D.
Nota: questo articolo è stato originariamente pubblicato il 16 gennaio 2023 da Keith Cowing su spaceref.com.
